DE3429883C2

DE3429883C2 -

Info

Publication number: DE3429883C2
Application number: DE3429883A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Chem. Dr. Hirschberg; Ferenc Dipl.-Chem. Dr. Cser; Laszlo Dipl.-Masch.-Ing. Budapest Hu Major
Original assignee: KOENNYUEIPARI GEPGYARTO VALLALAT BUDAPEST HU
Current assignee: KOENNYUEIPARI GEPGYARTO VALLALAT BUDAPEST HU
Priority date: 1983-09-26
Filing date: 1984-08-14
Publication date: 1988-08-18
Also published as: HU195460B; GB2147026A; IT8422763A0; GB8420683D0; GB2147026B; DE3429883A1; IT8422763A1; IT1176754B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit Stahl verstärkten Polymerbetonkonstruktionen für dynamisch und statisch beanspruchbare Bauelemente von Maschinen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Es ist bekannt, Polymerbetonkonstruktionen für dynamisch und statisch beanspruchbare, mit Stahl verstärkte Bau elemente von Maschinen dadurch herzustellen, daß in einen die Umrisse des fertigen Bauelementes begrenzenden, mit Stahlverstärkungen versehenen Metallmantel Polymerbeton der allgemein üblichen Zusammensetzung eingefüllt wird und darin aushärtet (DE-GM 80 33 152). Der eine Blech haut bildende Metallmantel ist jedoch so dünn, daß er, um nicht unter dem Gießdruck zu reißen, allseitig und gleichmäßig abgestützt werden muß, und zwar durch eine Sandmasse, die sich in einem Formkasten befindet. Diese Blechhaut ist demnach nicht in der Lage, ohne weitere Abstützelemente in Form des im Gießkasten befindlichen Sandes als Gefäß zur Aufnahme der Betonmasse zu dienen.

Es ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von Eisenbahn schwellen aus kunstharzgebundenem Beton, der in eine so genannte verlorene Schalung eingebracht wird, bekannt (DE-OS 21 33 115). Die verlorene Schalung und der kunst harzgebundene Beton enthalten das gleiche oder zumindest artverwandte Kunstharze, die sich miteinander verbinden. Diese Schalung wird rinnen- oder trogförmig ausgebildet, um die Schwellen entweder teilweise oder vollständig zu umgeben. Sie stellt bei der fertiggegossenen Schwelle eine Verschleißschicht dar.

Ferner ist auch bekannt (DE-OS 27 43 396), aus Gemengen von Sand, Kies oder Schotter, welche mit einem aus Kunststoff bestehenden Bindemittel verbunden werden, Betonmaschinenständer herzustellen, wodurch auf die Armierung des Betons verzichtet werden soll, um die durch das hohe Schwinden verursachten Spannungen auf ein unschädliches Minimum zu reduzierten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, das Verfahren der genannten Art so weiterzubilden, daß der die Bau elemente begrenzende Metallmantel nicht nur die Funktion einer verlorenen Schalung oder Hülle aufweist, sondern auch einen für die Aufnahme der statischen und dynamischen Kräfte notwendigen Bestandteil bildet, der die Polymerbeton füllung diesbezüglich ergänzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Verstärkung der Mantel als Stahlschalenkonstruktion ausgebildet wird. Damit wird der die Gießhaut bildende Mantel selbst zum tragenden Bestandteil der Gesamtkonstruktion, der auch ohne Betonfüllung geeignet ist, statische und dynamische Kräfte aufzunehmen. Der wesentliche Gedanke der Erfindung ist demnach darin zu sehen, das herzustellende Maschinenteil zunächst als Stahlkonstruktion zu bauen, und zwar in Form einer wenigstens einen leeren Innenraum bildenden hohlen Stahlmantelkonstruktion, und diese dann mit der vorbereiteten Polymerbetonmasse zu füllen.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungsfiguren näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 bis 5 Schnittansichten von verschiedenen aus Polymerbeton gefertigten Prüfstücken,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der die statische Belastung und Biegung messenden Vorrichtung und

Fig. 7 eine schematische Darstellung von Gestaltungs möglichkeiten erfindungsgemäß gefertigter Polymerbetonkonstruktionen.

Als Bindemittel für den Polymerbeton werden Epoxy-, Urethan-, Polyester-, Furan-, Phenol-, Formaldehydharze allein oder in Kombination verwendet, während als Füllstoff verschiedene Materialien mineralischer Herkunft, wie Mahlgut, Schotter u. dgl., zur Verwendung gelangen.

Beispiel 1

Aus der unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Polymerbetonkonstruktion werden Gestelltisch und Ausschneidebrücke einer mechanische und hydraulische Kräfte übertragenden Ausschneidemaschine für die Schuh industrie mit großer Tischfläche gefertigt (Fig. 2). Die Stahlschalenkonstruktion und das Zellensystem werden in geschweißter Ausführung hergestellt. Die Schalen konstruktion wird mit Polymerbeton ausgefüllt, den man aushärten läßt. Nach 24 Stunden finden Feinbearbeitung, Flächengestaltung und Montage des Tisches und der Brücke statt. Verglichen mit den traditionellen Ausführungen ist bei den auf diese Weise hergestellten Elementen die Steifigkeit der Konstruktion um etwa 40% höher, die Masse hingegen um 13,7% geringer und die Produktions kosten um 27,5% niedriger.

Beispiel 2

Ein Gestell für Exzenterpressen wird nach Beispiel 1 hergestellt, mit dem Unterschied, daß hier Polymerbeton des Typs TIPOX BB zur Ausfüllung der Schalenkonstruktion verwendet wird. Verglichen mit der herkömmlichen Aus führungsweise sind die Produktionskosten um 20 bis 22% niedriger, die eingebaute Masse bleibt annähernd unver ändert, die Steifigkeit des Maschinengestells ist ver doppelt, und die Schwingungsdämpfwirkung ist um etwa 70-80% günstiger.

Beispiel 3

Die Herstellung eines Gestells und Gegenstandstisches für eine Fräsmaschine erfolgt wie beim Beispiel 1, mit dem Unterschied, daß die Schalenkonstruktion mit einem Beton auf Furan-Furolbasis, der unter dem Namen Berol bekannt ist und ein Zement-Kalk-Gipsgemenge darstellt, ausgefüllt wird. Die Steifigkeit des Werkstückes, des Apparates, der Maschine, des Werkzeugsystems wird ver bessert, wodurch die Arbeitskapazität der Maschine um 10 bis 15% erhöht wird. Dabei werden Genauigkeit und Qualität der Flächenrauhigkeit sichergestellt.

Beispiel 4

Die Rahmenkonstruktion eines hydraulischen Hebe- und Montagetisches wird auf traditionelle Weise aus gewalztem Stahl mit großem Querschnitt hergestellt. Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das eine dünne Wanddicke aufweisende, geschlossene Profil mit Polymerbeton der folgenden Zusammensetzung ausgefüllt:

100 Gewichtsteile Araldit "A" Komp.
10 Gewichtsteile Triäthylen-Tetramin
15 Gewichtsteile Quarzmehl
20 Gewichtsteile Kalkmehl
300 Gewichtsteile Basaltmahlgut
500 Gewichtsteile Basaltschotter

Man läßt den Polymerbeton aushärten. Durch diese Lösung wird die Seiten- und Querstabilität der kraftüber tragenden Elemente der Montage- und Hebetische um 40% erhöht.

Beispiel 5

Die Säule und Konsole einer Radialbohrmaschine werden gemäß Beispiel 1 gefertigt, mit dem Unterschied, daß die Steifigkeit und Schwingungsdämpfung des als Säule dienenden koaxialen Rohrsystems durch Ausfüllung mit Niketon S Polyesterbeton erreicht wird. Nach der Aushärtung des Betons wird eine Oberflächenhärtung mit Mittel- oder Hochfrequenz vorgenommen bzw. eine gehärtete Oberfläche durch Metall spritzen erzeugt. Die als Konsole dienende Schalenkonstruktion wird mit Polymerbeton auf Polyurethanharzbasis ausgefüllt. Man läßt den Beton aushärten. Der besondere Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß bei einer um etwa 30 bis 40% reduzierten Masse die Konstruktion weniger schwingungs empfindlich ist, wobei zur Herstellung der verschleiß beständigen Flächenschicht erforderliche Energie im Ver gleich zur traditionellen Lösung um 30 bis 50% verringert werden kann.

Beispiel 6

Bei der Herstellung einer Ausschneidemaschine für die Textil- und Holzindustrie wird folgendermaßen verfahren. Die Stahlschalenkonstruktion des als Brücke dienenden Elementes wird in zwei Schichten mit dem Polymerbeton so ausgefüllt, daß 8/10 der Konstruktion mit Polimal- Polyesterbeton und nach Erhärtung desselben die übrigen 2/10 mit Polimal-Epoxybeton ausgefüllt werden. In gleicher Weise wird bei der Ausfüllung der als Tisch dienenden Schalenkonstruktion verfahren. Die Schichten werden so aufgebaut, daß nach erfolgter Montage diejenigen Flächen der Brücke bzw. des Tisches einander gegenüberliegen, die mit Epoxybeton erhöhter Elastizität ausgefüllt worden sind.

Der besondere Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß neben der Einsparung an Masse die Lebensdauer des Ausschneidewerkzeuges dank der günstigen Wirkung der elastischen Auflage etwa um das Fünffache verlängert werden kann.

Beispiel 7

Der Ölbehälter einer hydraulischen Speiseeinheit wird aus einer doppelwandigen Stahlschalenkonstruktion her gestellt. Der Raum zwischen den beiden Wandteilen wird mit einem Polymerbeton ausgefüllt, der aus Viapal H-450 Polyesterharz, gewaschenem Flußsand und Perlkies zusammengesetzt ist.

Der besondere Vorteil des Verfahrens liegt in diesem Fall darin, daß nicht nur die Druckbeständigkeit des Behälters sichergestellt ist, sondern die Konstruktion auch eine verbesserte Isolierung aufweist. Deshalb kann die für den optimalen Betrieb des Systems erforderliche Ölbetriebstemperatur in einer um 50% kürzeren Zeit erreicht werden.

Die sich aus dem homogenen mechanischen Kontinuum ergebenden vorteilhaften Eigenschaften der in den voran gehenden Beispielen spezifizierten Polymerbetonkonstruktionen konnten durch in Versuchen gewonnene Erfahrungen bestätigt werden.

Unter Zugrundelegung der Dimensionierung von integrierten Konstruktionen mit Schaumstruktur im Bauwesen unter Berück sichtigung der technischen Vorschrift "Dimensionierung von Bekleidungen aus Metallblech und Sandwichpaneelen mit Metallschalung" wurden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Prüfstücke hergestellt. Die gleiche Außenab messungen aufweisenden Prüfstücke wurden als Einfeldträger einer statischen, konzentrierten Kraftbelastung ausge setzt, die Durchbiegung wurde gemessen, und danach wurde unter dynamischer Wechselbelastung bis zur Zerstörung geprüft. Die Gestaltung der Prüfstücke ist in den Fig. 1 bis 5 veranschaulicht. Statische Belastung und Durchbiegung wurden in einer Meßanordnung nach Fig. 6 gemessen. Die Meßergebnisse sind in Tabelle I zusammen gefaßt:

Tabelle I

Gemessene durchschnittliche Durchbiegung der Prüfstücke bei einer konzentrierten statischen Belastung von F = 100 kN

Zur Durchführung der Prüfung mit sich wiederholender dynamischer Belastung wurden die Prüfstücke als Einfeld träger auf zwei Gummiplatten gelegt. Zur Messung der Beanspruchung in der Mittel wurde eine Gummiplatte zwischen geschaltet und die Messung an einer mit 500 kN Druckkraft betriebenen hydraulischen Zuschnittsmaschine vorgenommen. Die Meßergebnisse der dynamischen Belastung sind in der Tabelle II enthalten:

Tabelle II/1

Zu einer dynamischen Belastung von 160 kN gehörende bleibende Formänderung nach verschiedenen Belastungszyklen

Tabelle II/2

Zu einer dynamischen Belastung von 250 kN gehörende bleibende Formänderungen nach verschiedenen Belastungszyklen

Tabelle II/3

Zu einer dynamischen Belastung von 320 kN gehörende bleibende Formänderungen nach verschiedenen Belastungszyklen

Aufgrund der Ergebnisse der Versuchsserie kann festgestellt werden, daß die unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten, einer dynamischen Belastung ausgesetzte PBA-2 Polymerbetonkonstruktion für den Druckkopf und den Tisch einer hydraulischen Ausschneide maschine äußerst günstige Eigenschaften aufweist.

Unter Verwendung der Daten des vorherigen Versuchs wurden die Prüfstücke PBH-2, PBH-3 hergestellt. Die Prismen wurden als Einfeldträger einer Belastung unter worfen, wobei die Haftfestigkeit an den Grenzflächen untersucht worden ist. Die Gestaltung der Prismen ist in Fig. 7 dargestellt. Aufgrund der Versuche konnte festgestellt werden, daß, verglichen mit der gegenwärtig üblichen geschweißten Ausführung bei den insbesondere einer dynamischen Belastung ausgesetzten konstruktiven Maschinenteilen unter Anwendung der Sandwichkonstruktion PBH-2 die an eine minimale Formänderung und gute Schwindungsdämpfung gestellten Forderungen weitgehend befriedigt werden können und z. B. bei der Gestellkonstruktion von hydraulischen Zuschnittsmaschinen eine Einsparung von 8 bis 23% der Masse möglich ist.

Die wichtigsten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die folgenden:
Die aufgezeigte Materialkombination ermöglicht die Gestaltung neuartiger Konstruktionen und deren Herstellung mit geringerem Aufwand an Materialien, Energie und Arbeits kraft sowie Entwicklung und Einführung neuer Dimensionierungs methoden in weiten Grenzen. Zwischen den bisher verwendeten Dimensionierungsmethoden für den Stahlbeton, die Stahl- und Maschinenkonstruktionen - die erstge nannten werden nämlich im allgemeinen im Hinblick auf Spannung dimensioniert und auf zulässige Verformung kontrolliert, während Maschinenkonstruktionen im allge meinen im Hinblick auf Formänderung dimensioniert und auf Spannung kontrolliert werden - gibt es einen Übergangs bereich, in welchem die universelle Ausnützung der Eigen schaften der verwendeten Baumaterialien unmöglich ist. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und dessen Materialkombination entfällt die Notwendigkeit des Einbaus einer Menge an Materialien als zusätzliche Sicherheit, weiterhin erübrigt sich eine allgemeine Über dimensionierung wegen einer lokalen kritischen Überlastung. Bei zweckmäßiger Anwendung der neuen Materialienkombination verringert sich der Aufwand an Arbeitskraft seitens der Ausführenden in der Produktionsphase bedeutend, gleich zeitig sind die Anforderungen hinsichtlich Fachkentnissen geringer.

Claims

Verfahren zur Herstellung von mit Stahl verstärkten Polymerbetonkonstruktionen für dynamisch und statisch beanspruchbare Bauelemente von Maschinen, wobei man Polymerbeton in einen, die Umrisse der Bauelemente begrenzenden Metallmantel füllt und darin aushärten läßt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ver stärkung der Mantel als Stahlschalenkonstruktion ausge bildet wird.